## PENERAPAN METODE DINSAR UNTUK ANALISA DEFORMASI AKIBAT GEMPA BUMI DENGAN VALIDASI DATA GPS SUGAR
(STUDI KASUS: KEPULAUAN MENTAWAI, SUMATERA BARAT)
Ana Rizka Sari 1 , Hepi Hapsari H 1 , Agustan 2
1 Teknik Geomatika, FTSP, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
Email : hepihap sar i@gmail.com
2 Pusat Teknologi Inventarisasi Sumber Daya Alam (PTISDA), Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) Jl. MH. Thamrin 8, Jakarta 10340 Indonesia

## Abstrak
InSAR  merupakan  alat  yang  kuat  untuk  pengukuran  deformasi  di  permukaan  tanah  dengan  ketelitian  sub- sentimeter.  InSAR  menggabungkan  dua  buah  citra  SAR  untuk  menghasilkan  citra  interferogram.  Citra interferogram  inilah  yang  digunakan  untuk  melakukan  pemantauan  pergerakan  tanah.  Mentawai  adalah  salah satu wilayah di Indonesia yang terletak di cincin api dunia. Berdasarkan struktur tektonik, gempa Mentawai yang terjadi pada tanggal 25 Oktober 2010 terjadi sebagai akibat dari lempeng Indo-Australia bergerak ke arah utara- timur laut dengan lempeng Sunda dengan kecepatan 57-69 mm / tahun.
Penelitian deformasi di daerah rawan gempa menggunakan sepasang ALOS PALSAR pada tanggal 29 September 2010  dan  14  November  2010.  Sebagai  model  elevasi  eksternal  digunakan  DEM  SRTM3  90  m.  Metode  yang digunakan adalah two-pass differential interferometry synthetic aperture radar (DInSAR).
Hasil  pengolahan  metode  DInSAR  menunjukkan  pergeseran  antara  -20  cm  sampai  20  cm.  Berdasarkan  hasil pengolahan SAR untuk mengetahui akurasi deformasi dilakukan validasi dengan data GPS kontinyu SuGAr (SuGAr Network).  SuGAr  Network  adalah  jaringan  stasiun  GPS  di  sepanjang  batas  lempeng  Sumatera.  SuGAr  Network yang  digunakan  untuk  validasi  data  SAR  adalah  stasiun  MKMK,  BSAT,  PRKB  dan  BSAT.  Pergeseran  di  setiap stasiun GPS menuju zona subduksi trench Sumatera dengan nilai pergeseran yang relatif besar, yaitu 7,268 cm, 4,352 cm dan 5,576 cm di stasiun pengamatan GPS BSAT, PRKB dan SLBU. Hasil metode DInSAR dengan data GPS kontinyu SuGAr memiliki residu rata-rata 0,947 cm. Berdasarkan hasil pengolahan data GPS, dapat disimpulkan terjadi penurunan tanah di setiap stasiun GPS dengan arah pergerakan ke barat daya.
Kata kunci :  DInSAR, Gempa Bumi, Deformasi, Jaringan SuGAr

## PENDAHULUAN

## Latar Belakang
Perkembangan  teknologi  telah  memunculkan beragam  cara  untuk  melakukan  pemantauan dan  pemetaan  terhadap  aktifitas  pergerakan bumi. Aktifitas  pergerakan bumi erat  kaitannya dengan  fenomena  deformasi.  Salah  satu teknologi yang dikembangkan untuk pemantauan  deformasi  ialah  menggunakan teknologi Interferometry  Synthetic  Aperture Radar (InSAR). InSAR merupakan alat yang kuat untuk  pengukuran  deformasi  di  permukaan tanah dengan ketelitian sub-sentimeter.
Indonesia  merupakan  daerah  rawan  gempa bumi  karena  dilalui  oleh  jalur  pertemuan  tiga lempeng  tektonik,  yaitu:  lempeng  Indo-
Australia,  lempeng  Eurasia,  dan  lempeng Pasifik. Jalur pertemuan lempeng berada di laut sehingga  apabila  terjadi  gempa  bumi  besar dengan  kedalaman  dangkal  maka  akan berpotensi  menimbulkan  tsunami  sehingga Indonesia juga rawan tsunami.
Mentawai  merupakan  salah  satu  wilayah  di Indonesia yang terletak dalam ring of fire dunia. Berdasarkan  tatanan  tektoniknya,  gempa Mentawai yang terjadi pada tanggal 25 Oktober 2010  terjadi  akibat  interaksi  antara  batas lempeng  subduksi  Indo-Australia  dan  subduksi lokal  Sunda.  Berdasarkan  solusi  mekanisme lokal  dan  kedalamannya,  gempa  ini  memiliki mekanisme  sesar  naik  dan  terjadi  di  sepanjang plate interface (Yudhicara, 2010).
Gempa  bumi  sangat  berpengaruh  pada perubahan  dan  bentuk  tanah  yang  biasanya disebut  deformasi.  Hal  ini  dikarenakan  semua proses  yang  terjadi  berasosiasi  dengan pergerakan lempeng-lempeng dunia.
Deformasi    sangat  berhubungan  erat  dengan gempa  bumi  yakni  akibat cosesismic dan post-
seismic . Gempa bumi biasanya akan menyebabkan kerak bumi disekitarnya
terdeformasi  baik  dalam  arah  vertikal  dan hirosontal.  Banyak  observasi  telah  dilakukan untuk  mengetahui  deformasi  seperti  observasi langsung  menggunakan  teknologi GPS dan observasi  tak  langsung  menggunakan  citra satelit resolusi  tinggi.

## Perumusan Masalah
Perumusan    masalah  dalam  kajian  ini  antara lain:
1. Bagaimana  menerapkan  metode DInSAR untuk  mengetahui  deformasi cosesismic dan post-seismic ?
2. Bagaimana  mengetahui  pergerakan  tanah ( subsidence atau uplift )  akibat  gempa  bumi di Kepulauan Mentawai?
3. Berapa besar deformasi berdasarkan Line of Sight (LOS) menggunakan metode DInSAR?
4. Bagaimana  memvalidasi  hasil  deformasi yang  didapat  dengan  metode DInSAR menggunakan perbandingan hasil pengolahan  data GPS dalam Sumatran  GPS Array (SuGAr) Network ?

## METODOLOGI PENELITIAN Lokasi Penelitian
Lokasi  penelitian  ini  adalah  gempa  bumi yang  terjadi  di  Kepulauan  Mentawai,  Sumatera Barat  pada  tanggal  25  Oktober  2010.  Posisi geografis  terletak  pada  0°55’00”  -  3°21’00”    LS dan  98°35’00”  -  100°32’00”  BT  yang  berada  di jalur  lempeng  tektonik  sehingga  sering  terjadi gempa tektonik.

## Gambar 1. Lokasi Penelitian

## Data dan Peralatan Data
Data  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah :
a. Citra  satelit  ALOS  PALSAR  Level  1.0 Fine Beam  Dual  Polarization  (FBD) tanggal  29 September 2010 dan 14 November 2010
b. DEM SRTM 90 meter
c. Data GPS dalam SuGAr  Network diambil dari tanggal 22-28  Oktober 2010
d. Data  titik  episentrum  gempa  bumi Kepulauan Mentawai, Sumatera Barat
e. Data zona subduksi dan patahan

## Peralatan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini  adalah Personal  Computer  (PC)  /  Notebook, Microsoft  Office  Word,  OS  Ubuntu  12.04  LTS, GMT, GMTSAR, Toopcon tools, Matlab 7.7.0

## Tahapan Penelitian
Diagram  Alir  proses  Pengolahan  Data pada penelitian ini ditunjukkan oleh Gambar 2.
ALOS PALSAR 29-Sep-2010 (Master) SAR processing PALSAR SLC 29-Sep-2010 PALSAR SLC 14-Nov-2010 Interferomtry SAR Processing DInSAR Processing DEM di sistem SAR ALOS PALSAR 14-Nov-2010 (Slave) Interferogram Perhitungan Besar Deformasi ALOS PALSAR 29-Sep-2010 (Master) SAR processing PALSAR SLC 29-Sep-2010 PALSAR SLC 14-Nov-2010 Interferomtry SAR Processing DInSAR Processing DInSAR Interferogram Phase unwrapping Geocode Data DEM SRTM3 Transformasi Koordinat DEM di sistem SAR Citra Deformasi Ber- Georeference ALOS PALSAR 14-Nov-2010 (Slave) Interferogram Perubahan Koherensi 0-1 Ya Data GPS Menggunakan SuGAr Network Deformasi Data GPS Validasi Data GPS Analisa Deformasi Akibat Gempa Hasil dan Pembahasan Tidak
Gambar 2. Diagram Alir Tahapan Pengolahan Data

## HASIL DAN ANALISA

## Hasil
1. Koherensi Citra SAR
Untuk melihat tingkat koherensi citra secara kualitatif dapat dilihat dari citra koherensi.

## Gambar 3. Interferogram Citra Koherensi
Pada  Gambar  3, scaleba r  dengan  objek  water bodies  di  sekeliling  Kepulauan  Mentawai  akan menunjukkan warna biru dengan nilai koherensi lebih kecil dari 0,1 sampai mendekati 0. Hal ini disebabkan karena water bodies bergerak terus menerus secara konstan. Akibatnya rona warna citra koherensi yang didapat menuju rona gelap (scalebar  bergerak  ke  arah  kiri).  Pada  daratan
memiliki koherensi antara 0,2 – 0,4. Rendahnya koherensi  ini  karena  sebagian  besar  area  studi kasus  memiliki  kerapatan  vegetasi  yang  tinggi. Kerapatan vegetasi ini akan mempengaruhi nilai koherensi  citra  karena  pergerakan  dan perubahan  vegetasi  akan  berpengaruh  pada pantulan  backscatter-nya.  Hasil  citra  koherensi Kepulauan  Mentawai  rendah  juga  disebabkan oleh  panjang  baseline  antar  dua  pengamatan yang  besar.  Apabila  citra  koherensi  memiliki tingkat  koherensi  yang  tinggi,  maka  scalebar pada  Gambar  3  di  atas  akan  menuju  warna terang  (scalebar  bergerak  ke  arah  kanan). Rendahnya  nilai  koherensi  ini  menyebabkan banyaknya  piksel  yang  kosong  setelah  citra melalui proses unwrap.
2. Besar Deformasi Setelah Unwrap Processing Proses unwrapping menghitung  perbedaan phase pada interferogram dari satu titik ke titik  berikutnya  dan  meng-generalisasinya menjadi  perbedaan  phase  yang  lebih  halus. Apabila  area  relatif  datar  (tanpa  atau perbedaan phase jump kecil antar titik), proses unwrap  mudah  untuk  dilakukan.  Akan  tetapi jika  area  studi  memiliki  bentuk  topografi  yang beragam  (perbedaan  phase  jump  besar)  maka proses unwrap akan sangat sulit dilakukan. Pada Gambar  4  menunjukkan  hasil  unwrap  besar displacement  Kepulauan  Mentawai  selama tahapan coseismic dan post-seismic.
Gambar 4. Hasil Citra Unwrap dalam Metrik
Pada scalebar ,  warna violete pada  citra  hasil unwrap menunjukkan terjadi penurunan ( sudsidence )  pada  area  studi  kasus.  Area  tidak mengalami  atau  hampir  tidak  mengalami subsidence atau uplift yang  ditunjukkan  dengan warna skyblue . Apabila rona warna bergerak dari skyblue ke orange (semakin  ke  kanan)
menunjukkan kenaikan muka tanah ( uplift ).
Untuk  melihat  sebaran  deformasi  di  Kepulauan Mentawai  berdasarkan  hasil unwrap dilakukan cross  section atau  irisan  melintang  pada  area- area yang mengalami subsidence atau uplift. Pada  Gambar  5  menunjukkan  kecendurungan area studi kasus mengalami subsidence.
Gambar 5. Displacement Hasil Unwrap
3. Besar Deformasi Hasil Pengolahan Data GPS
SuGAr  Network adalah  jaringan  stasiun GPS di sepanjang  batas  lempeng  Sumatera.  Hasil pengolahan  data GPS dalam  penelitian  ini bersifat  lokal  sehingga  besar  deformasi  pada area  studi  kasus  relatif  terhadap  letak  stasiun GPS yang digunakan sebagai base yakni stasiun GPS MKMK  yang terletak  di provinsi Sumatera Barat, sedangkan yang digunakan sebagai rover adalah stasiun  BSAT, PRKB, SLBU yang terletak di  Kepulauan  Mentawai.  Besarnya  deformasi dalam  arah northing,  easting dan elevation yang dilambangkan dengan dn, de dan dH . Nilai pergeseran  ini  diperoleh  dari  tiga  hari  data pengamatan sebelum gempa dan tiga hari data pengamatan setelah gempa terjadi.
Pada  saat  menjelang  gempa (22-24  Oktober 2010)  tidak  terjadi  besar  deformasi  yang signifikan  yang  ditunjukkan  besar  pergeseran rata-rata gempa H-3 di setiap stasiun GPS , akan tetapi  besar  deformasi  selepas  gempa (26-28 Oktober  2010),  pergeseran  rata-rata  (H+3) relatif  besar.  Stasiun GPS yang  mengalami pergeseran  rata-rata  horizontal  dan  vertikal terbesar  adalah  stasiun GPS BSAT,  sedangkan yang  terkecil  adalah  stasiun GPS PRKB.  Detil dari  pola  deformasi  3  hari  sebelum  dan  3  hari setelah gempa ditampilkan pada grafik.
(a)

## (b)
Gambar 6. Pergeseran (a) Horizontal dan (b) Vertikal Tiga Hari Sebelum dan Setelah Gempa
Pada  Gambar  7.  (a)  dan  (b)  ditampilkan visualisasi  vektor  pergeseran  data  terhadap arah  horizontal  dan  vertikal.    Dapat  diamati pada  Gambar  7  (a)  bahwa  pergerakan horizontal  stasiun SuGAr menuju  arah  barat daya  menuju  ke  arah trench zona    subduksi Sumatra.  Pergeseran  yang  diamati  juga  dalam lingkup  vertikal  (naik  atau  turun)  yang ditunjukkan  pada  Gambar  7  (b),  dapat  dilihat bahwa pergerakan stasiun SuGAr menunjukkan arah bawah/turun (bernilai negatif).
(a)

## (b)
Gambar 7. Pergerakan (a)Horizontal dan (b)Vertikal
Titik-titik  pengamatan GPS terletak  pada aktivitas  subduksi  lempeng  Indo-Australia terhadap  lempeng  Eurasia  yang  mengalami pergerakan  setiap  tahunnya.  Lempeng  Indo- Australia  memiliki  pergerakan  relatif  ke  arah timur-timur  laut  dengan  kecepatan  ±  7,7 cm/tahun.  Oleh  karena  itu,  vektor  pergeseran toposentrik  hasil  pengolahan  data GPS masih dipengaruhi oleh pergerakan lempeng tersebut. (Mubyarto, 2008)
4. Analisa Kondisi Geologi
Berdasarkan  tatanan  tektonik  regional,  Suma- tera  dan  sekitarnya  merupakan  suatu  tepian aktif  di Sundaland yang  memiliki  pergerakan relatif  ke  arah  timur-timur  laut  dengan kecepatan 7,7 cm/tahun.
Menurut  hasil  penelitian  Kementerian  Energi dan  Sumber  Daya  Mineral  RI,  Kondisi  Geologi Pesisir  Selatan  dan  sekitarnya  tersusun  oleh aluvium  dan  batuan  vulkanik  berumur  Kuarter serta batuan sedimen berumur Tersier. Aluvium dan  batuan  vulkanik  Kuarter  mempunyai  sifat lepas,  urai,  belum  terkompaksi  dengan  baik. Batuan  sedimentasi  akan  memiliki shake (guncangan)  yang  besar  pada  saat  terjadi gempa  namun  akan  kembali  ke  bentuk  semula dengan cepat juga. Kondisi ini yang memperkuat efek goncangan dari gempa bumi.
5. Analisa Potensi Area Terdeformasi Berdasarkan Magnitude Gempa Gempa  bumi  yang  terjadi  pada  tanggal  25 Oktober 2010 di Kepulauan Mentawai mempunyai  kekuatan  7,8  SR  yang  ditunjukkan dengan  warna  bintang  merah.  Gambar  8 memperlihatkan magnitude gempa  mulai  dari skala  4  SR  pada  tahapan coseimic dan post- seismic.
Gambar 8. Plotting Magnitude Gempa (a) 2D dan (b) 3D
Gempa bumi terjadi pada zona awal penunjaman  (subduksi)  lempeng  Indo-Australia terhadap  lempeng  Eurasia  di  Samudra  India yang  dikenal  dengan  zona megathrust .  Hal  ini mengindikasikan  bahwa  gempa  yang  terjadi  di Kepulauan  Mentawai  akibat  aktifitas  jalur lempeng tektonik yang ada di bawah kepulauan tersebut.  Berdasarkan  bentuk  morfologi  dan posisinya  terhadap  daerah  penunjaman,  maka dapat  diduga  bahwa  daerah  pantai  barat Kepulauan  Mentawai  merupakan  daerah  yang memiliki  resiko  kebencanaan  geologi  yang tinggi.
6. Validasi Besar Deformasi dari DInSAR dengan Data GPS SuGAr
Pola  deformasi  pada  citra InSAR merupakan deformasi  relatif  terhadap Line  of  Sight  (LOS). Pola  deformasi  yang  terlihat  masih  belum terlalu  jelas  karena  beberapa  distorsi  baik berupa dekorelasi temporal maupun dekorelasi geometri  belum  sepenuhnya  hilang.  Pengaruh topografi  pada  citra  hasil  pengolahan DInSAR juga  belum  dapat  dihilangkan  sepenuhya.  Hal tersebut  dipengaruhi  oleh  data  DEM  yang digunakan. Ketelitian vertikal yang dimiliki oleh DEM hasil SRTM3 adalah  16  m  sehingga penentuan  tinggi  pada  saat  proses  subtraksi pengaruh  topografi  masih  memiliki  kesalahan. Hal  tersebut  mengakibatkan phase akhir  pada phase interferogram  masih  mengandung  sinyal topografi.
Untuk  membandingkan displacement yang terjadi di setiap stasiun GPS dengan menggunakan  metode DInSAR dan  data GPS dalam SuGAr  Network ditunjukkan  pada  Tabel 4.4. Vektor pergeseran SAR dalam 1D sepanjang LOS sistem  radar  yang  terdiri  dari  komponen
perpindahan vertikal, easting dan northing. Hal ini  dikarenakan  keterbatasan  informasi  data SAR dari  perbedaaan  sudut  pandang (incidence angle) dan  orbit  di  periode  waktu  yang  sama sehingga    tidak  mungkin  untuk  menurunkan perpindahan  vektor  3D.  Hipotesa  nol  yang digunakan dalam penelitian ini adalah “ Pergeseran  Data  SAR  Tidak  Dapat  Digunakan Sebagai  Hasil  Pemantauan  Besar  Deformasi Dibandingkan  dengan  Pergeseran  Tiap  Stasiun GPS ”.  Jika  level  signifikan  (α)  yang  digunakan adalah 0,05 dengan derajat  kebebasan 6 (n=7),
maka didapatkan t - distributions(t α/2 ) =t 0,975,6 =2,45  (dari  tabel student  t-test )  dan hipotesa  statistik,  hasil  uji t-test dapat  dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Hasil Uji t-test
Berdasarkan  Tabel  1.  dapat  disimpulkan  H 0 ditolak dan  H a diterima ,  dengan  kata  lain “ Pergeseran  Data  SAR  Dapat  Digunakan Sebagai  Hasil  Pemantauan  Besar  Deformasi Sama Seperti Pergeseran Tiap Stasiun GPS”.

## PENUTUP

## Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  penelitian  di  atas,  dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Teknologi SAR cukup  efektif  untuk  melihat besar  deformasi  dibuktikan  dengan  hasil pengolahan data GPS dalam SuGAr Network memiliki  kecenderungan  pola  deformasi yang  sama  dengan  hasil  yang  di  dapatkan dari  metode DInSAR baik  di  area  yang mengalami uplift atau subsidence .
2. Berdasarkan  hasil unwrap menunjukkan bahwa di Kepulauan Mentawai bagian timur terjadi subsidence dan uplift di  wilayah barat.
3. Dari  pengolahan DInSAR didapatkan  besar deformasi  terhadap line  of  sight(LOS) dengan nilai -20 cm sampai dengan 20 cm. 4. Hasil validasi pergeseran data SAR menggunakan  data GPS dalam SuGAr Network menunjukkan bahwa besar deformasi  yang  didapatkan  dari  metode DInSAR dapat digunakan untuk pemantauan deformasi  yang  dibuktikan  dengan  hasil  uji statistika  dengan  tingkat  kepercayaan  95% dan derajat kebebasan 6.

## DAFTAR PUSTAKA
Ghilani,C.D  dan  P.R.Wolf.  2006. Adjusment Computations  Spatial  Data  Analysis Fourth  Edition. Canada:  John  Wiley  & Sons, Inc Hanssen, R.F. 2001. Radar Interferometry. Data Interpretation  and  Error  Analysis. Kluwer  Academic  Publishers.  The Netherlands: Delft University of Technology.
Mubyarto,  F.  2008.  Analisis  Pola  Deformasi Interseismic  Gempa  Bengkulu  2007  dari Data  GPS  Kontinyu  SuGAr.  Bandung: Teknik  Geodesi  dan  Geomatika,  Institut Teknologi Bandung.
Ng,  A.H.,    dkk.  2008. Radar  Interferometry  for Ground  Subsidence  Monitoring  Using ALOS  PALSAR  Data .  Beijing  :  The
International Archives
of the
Photogrammetry,  Remote  Sensing  and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B7. Sharav, A. 2003. Differential SAR Interferometry for  crustal  deformation  study. The Netherlands  :  International  Institute  For Geo-Information  Science  And  Earth Observation Enschede.
Yudhicara,  W.  K.  2010.  “Jejak  tsunami  25 Oktober  2010  di  Kepulauan  Mentawai berdasarkan  penelitian  kebumian  dan wawancara”.  Jurnal  Lingkungan  dan Bencana Geologi 1, 3:165-181.
ӯ - tα/2*S/√n
(cm) ӯ + tα/2*S/√n (cm) H0 95% 2,45 No Nama Stasiun 4,310 8,690 Ditolak 99% 3,71 1 BSAT 3,218 5,782 Ditolak 2 PRKB 5,307 9,693 Ditolak
3 SLBU
No Nama Stasiun Data GPS/ μ (cm) Data SAR/ ӯ (cm) ӯ - tα/2*S/√ n (cm) ӯ + tα/2*S/√ n (cm) H0 1 BSAT 7,268 6,500 4,310 8,690 Ditolak 2 PRKB 4,352 4,500 3,218
5,782 Ditolak 3 SLBU 5,576 7,500 5,307 9,693 Ditolak